OBRASCI ZA PRAKTIKUM FIZIKALNE KEMIJE 2

Odjel za kemiju
Sveučilište J.J. Strossmayera u Osijeku
OBRASCI ZA PRAKTIKUM FIZIKALNE KEMIJE 2
za studente preddiplomskog studija kemije s Odjela za kemiju
Martina Medvidović-Kosanović
Osijek, 2013.
PREDGOVOR
Obrasci za praktikum fizikalne kemije 2 namijenjeni su studentima kemije,
Odjela za kemiju, za rad u Praktikumu fizikalne kemije 2. Koriste se kao radna
bilježnica, što podrazumijeva direktno upisivanje eksperimentalno dobivenih rezultata u
za to predviđene tablice, te popunjavanje ostalih dijelova, koji se odnose na crtanje
dijagrama, računanje i opis načina izvedbe vježbe. Sve slike se crtaju na milimetarskom
papiru (mjerilo treba prilagoditi prostoru predviđenom za sliku) i lijepe se u za to
predviđeno mjesto. Obrasci se koriste kao nadopuna skripti, G. Šmit, Praktikum fizikalne
kemije 2, interna skripta; te zajedno čine jednu cjelinu.
Za dodatna pojašnjenja svake vježbe se preporučuje korištenje slijedeće
literature:
1. P.W. Atkins & J. de Paula, Atkins′ Physical Chemistry, Oxford University Press,
Oxford, 2002.
2. M. Sikirica, Stehiometrija, Školska knjiga, Zagreb, 1985.
3. T. Cvitaš & N. Kallay, Fizičke veličine i jedinice Međunarodnog sustava, Školska knjiga,
Zagreb, 1980.
Nadam se da će primjena ovih obrazaca olakšati rad u praktikumu fizikalne
kemije 2 i omogućiti studentima da na što bolji način zapišu i obrade eksperimentalno
dobivene podatke.
Martina Medvidović-Kosanović
SADRŽAJ
1. KONSTANTA RAVNOTEŽE
Nernstov zakon razdjeljenja.................................................................................. 1
2. ADSORPCIJA
Adsorpcija octene kiseline na aktivnom ugljenu................................................. 5
3. KONDUKTOMETRIJSKA TITRACIJA
Neutralizacija natrijeve lužine klorovodičnom kiselinom................................. 11
4. KEMIJSKA KINETIKA
Hidroliza etil-acetata............................................................................................... 14
5. KINETIKA IONSKIH REAKCIJA (I)
Primarni solni efekt: Reakcija jodidnog i persulfatnog
iona drugog reda......................................................................................................... 19
6. KINETIKA IONSKIH REAKCIJA (II)
Primarni solni efekt: Reakcija jodidnog i persulfatnog
iona pseudoprvog reda ............................................................................................. 26
7. TOPLJIVOST PLINOVA
Topljivost kisika u vodi............................................................................................. 35
8. RAVNOTEŽA DISOCIJACIJE
Spektrofotometrijsko određivanje konstante ravnoteže
deprotoniranja metilnog crvenila.............................................................................39
9. REAKCIJSKA KALORIMETRIJA
Entalpije reakcije u Daniell-ovom članku i neutralizacije
anilina octenom i klorovodičnom kiselinom........................................................... 42
10. KOLIGATIVNA SVOJSTVA
Sniženje temperature očvršćivanja...................................................................... 48
Vježba 1.
Datum
Ime i prezime studenta
KONSTANTA RAVNOTEŽE
Nernst-ov zakon razdjeljenja
Zadatak vježbe: Odrediti konstantu ravnoteže razdjeljenja amonijaka između vode i
kloroforma pri sobnoj temperaturi.
Pribor i kemikalije: 2 boce od 100 cm3 s ubrušenim čepom, lijevak za odjeljivanje, 1
Erlenmeyer tikvica od 250 cm3 (široko grlo), trbušaste pipete od 5 cm3, 10 cm3 i 50
cm3, 2 birete, metiloranž, NH4OH (c = 1,25 mol dm-3), CHCl3, HCl (c = 0,5 mol dm-3),
HCl (c = 0,05 mol dm-3).
Opis postupka:
1
Tablica 1. Prikaz volumena (V) otopina HCl potrošenih za titraciju vodenog (c (HCl) =
0,5 mol dm-3) i kloroformskog (c (HCl) = 0,05 mol dm-3) sloja, koncentracija amonijaka
(c (NH3)) u vodenom i kloroformskom sloju, te konstanti ravnoteže razdjeljenja
amonijaka između vode i kloroforma (Kr).
vodeni sloj
uzorak
V (HCl)
cm3
𝑐 (NH3 )
mol dm-3
kloroformski sloj
V (HCl)
cm3
𝑐 (NH3 )
mol dm-3
Kr
1.
2.
3.
4.
5.
̅̅̅
𝐾r
Račun:
2
3
Zaključak:
4
Vježba 2.
Datum
Ime i prezime studenta
ADSORPCIJA
Adsorpcija octene kiseline na aktivnom ugljenu
Zadatak vježbe: Odrediti konstante Freundlichove adsorpcijske izoterme
(α,
1
n
)
mjerenjem adsorpcije octene kiseline na aktivnom ugljenu.
Pribor i kemikalije: 5 reagens boca od 250 cm3, 5 Erlenmeyer tikvica od
250 cm3 (široko grlo), 5 odmjernih tikvica od 100 cm3, odmjerne pipete od 50 cm3
i 10 cm3, graduirana pipeta od 10 cm3, automatska bireta, stakleni lijevak, čaša od
100 cm3, 1 odmjerna posudica, žličica, filter papir, CH3COOH (cnaz = 1 mol dm-3,
fa =
), NaOH (c = 0,5 mol dm-3), fenolftalein, aktivni ugljen (prah).
Opis postupka:
5
Račun:
6
7
8
Tablica 1. Prikaz eksperimentalno i računski dobivenih podataka (mase aktivnog
ugljena (m), početne (cp) i ravnotežne (cr) koncentracije octene kiseline, količine
adsorbirane octene kiseline na aktivnom ugljenu po jedinici mase adsorbensa
(x/m)) za adsorpciju octene kiseline na aktivnom ugljenu.
uzorak
𝑚
g
𝑐p
mol dm-3
𝑐r
mol dm-3
log 𝑐r
(𝑥 ⁄𝑚)
mmol cm-3 g -1
log ( 𝑥 ⁄𝑚)
1
2
3
4
5
Slika 1. Grafičko određivanje konstanti (α,
1
) Freundlichove adsorpcijske
n
izoterme.
9
Račun za određivanje konstanti α i
1
iz slike 1.:
n
Zaključak:
10
Vježba 3.
Datum
Ime i prezime studenta
KONDUKTOMETRIJSKA TITRACIJA
Neutralizacija natrijeve lužine klorovodičnom kiselinom
Zadatak vježbe: Konduktometrijskom titracijom otopine natrijeve lužine otopinom
klorovodične kiseline odrediti nepoznatu koncentraciju otopine natrijeve lužine.
Pribor i kemikalije: konduktometar s konduktometrijskom ćelijom, odmjerna tikvica od
100 cm3, čaša od 100 cm3 i 400 cm3, pipeta od 25 cm3, bireta, mali stakleni lijevak,
magnetska mješalica, magnetić, HCl (c = 0,1 mol dm-3), staničevina.
Opis postupka:
11
Tablica 1. Prikaz električne provodnosti (κ) i volumena dodane otopine HCl (c = 0,1
mol dm-3) za konduktometrijsku titraciju otopine NaOH.
V(HCl) / cm3
κ/
V(HCl) / cm3
κ/
Slika 1. Grafičko određivanje točke ekvivalencije za konduktometrijsku titraciju
otopine NaOH otopinom HCl (c = 0,1 mol dm-3).
12
Račun:
Zaključak:
13
Vježba 4.
Datum
Ime i prezime studenta
KEMIJSKA KINETIKA
Hidroliza etil-acetata
Zadatak vježbe: Odrediti konstantu brzine hidrolize etil-acetata pri nekoliko različitih
temperatura i izračunati energiju aktivacije te reakcije.
Pribor i kemikalije: konduktometar s konduktometrijskom ćelijom, 2 Erlenmeyer tikvice
od 200 cm3 (usko grlo), 1 Erlenmeyer tikvica od 100 cm3 (usko grlo), 1 čaša od 400 cm3, 2
čaše od 250 cm3 (visoki tip), trbušaste pipete od 20 cm3 i 50 cm3, menzura od 100 cm3,
zaporni sat (štoperica), termometar, CH3COONa (c = 0,01 mol dm-3), CH3COOC2H5 (c =
0,125 mol dm-3), NaOH (c = 0,05 mol dm-3), staničevina.
Opis postupka:
14
Tablica 1. Prikaz električne provodnosti () kao funkcije vremena, te razlike  i
električne provodnosti pri beskonačnom razrjeđenju () za reakciju hidrolize etilacetata pri sobnoj temperaturi ( = _____°C),  = ____________ .
t / min
t (mjereno)
t / S m-1
t(t - ) / min S m-1
Slika 1. Prikaz ovisnosti t o t (t - ) za reakciju hidrolize etil-acetata pri sobnoj
temperaturi ( = _______°C).
Račun:
15
Tablica 2. Prikaz električne provodnosti () kao funkcije vremena, te razlike  i
električne provodnosti pri beskonačnom razrjeđenju () za reakciju hidrolize etilacetata pri povišenoj temperaturi ( = _____°C),  = ____________ .
t / min
t (mjereno)
t / S m-1
t(t - ) / min S m-1
Slika 2. Prikaz ovisnosti t o t (t - ) za reakciju hidrolize etil-acetata pri povišenoj
temperaturi ( =_______°C).
Račun:
16
Tablica 3. Prikaz konstante brzine reakcije hidrolize etil acetata kao funkcije
temperature.
T/K
T-1 / K-1
k / mol-1 dm3 min-1
ln k
Slika 3. Grafičko određivanje energije aktivacije (Ea) za reakciju hidrolize etil-acetata.
Račun:
17
Zaključak:
18
Vježba 5.
Datum
Ime i prezime studenta
KINETIKA IONSKIH REAKCIJA I
Primarni solni efekt: Reakcija jodidnog i persulfatnog iona drugog reda
Zadatak vježbe: Spektrofotometrijski odrediti konstantu brzine oksidacije jodidnog
iona persulfatnim ionom. Ispitati ovisnost konstante brzine reakcije o ionskoj jakosti i
rezultat usporediti s Brønsted-ovom teorijom.
Pribor i kemikalije: spektrofotometar, 3 čaše od 10 cm3, 3 odmjerne tikvice od 100
cm3, 3 pipete od 3 cm3, 1 pipeta od 25 cm3, 1 pipeta od 5 cm3, 3 staklena štapića, zaporni
sat (štoperica), staničevina, KI (c = 6·10-2 mol dm-3), KCl (c = 1 mol dm-3), K2S2O8 (c =
1,2·10-2 mol dm-3).
Opis postupka:
19
Tablica 1. Prikaz ovisnosti apsorbancije (At) kao funkcije vremena za reakciju jodidnog
iona s persulfatnim ionom, pri ionskoj jakosti, Ic = _______mol dm-3.
t / min
At
ln [(fA-At) / (A-At)]
k2/ dm3 mol-1 min-1
A = ________
Račun:
20
Tablica 2. Prikaz ovisnosti apsorbancije (At) kao funkcije vremena za reakciju jodidnog
iona s persulfatnim ionom, pri ionskoj jakosti, Ic = _______mol dm-3.
t / min
At
ln [(fA-At) / (A-At)]
k2/ dm3 mol-1 min-1
Račun:
21
Tablica 3. Prikaz ovisnosti apsorbancije (At) kao funkcije vremena za reakciju jodidnog
iona s persulfatnim ionom, pri ionskoj jakosti, Ic = _______mol dm-3.
t / min
At
ln [(fA-At) / (A-At)]
k2/ dm3 mol-1 min-1
Račun:
22
Slika 1. Grafički prikaz ovisnosti apsorbancije (At) kao funkcije vremena za reakciju
jodidnog iona s persulfatnim ionom pri tri ionske jakosti (Ic = _____, _____ i _____
mol dm-3).
23
Slika 2. Prikaz ovisnosti logaritma konstante brzine reakcije (log k2) za reakciju
jodidnog iona s persulfatnim ionom o korjenu ionske jakosti (Ic1/2).
Komentar:
24
Zaključak:
25
Vježba 6.
Datum
Ime i prezime studenta
KINETIKA IONSKIH REAKCIJA II
Primarni solni efekt: Reakcija jodidnog i persulfatnog iona pseudoprvog reda
Zadatak vježbe: Odrediti konstante brzine pseudoprvog reda i drugog reda za
oksidaciju jodidnog iona persulfatnim ionom.
Pribor i kemikalije: 1 čaša od 250 cm3, 2 pipete od 20 cm3, jedna pipeta od 50 cm3,
jedna pipeta od 10 cm3 i jedna pipeta od 5 cm3, 3 odmjerne tikvice od 100 cm3,bireta,
čaša od 100 cm3, mali stakleni lijevak, mješalica, magnetski mješač, zaporni sat
(štoperica), KI (c = 0,1 mol dm-3), NaCl (c = 1 mol dm-3), Na2S2O3 (c = 0,05 mol dm-3),
K2S2O8 (c = 0,05 mol dm-3).
Opis postupka:
26
Tablica 1. Prikaz ovisnosti volumena dodanog Na2S2O3 kao funkcije vremena za reakciju
jodidnog iona s persulfatnim ionom, pri ionskoj jakosti, Ic = _______mol dm-3.
t / min
V (Na2S2O3) / cm3
ln[V (S2O82-) / (V (S2O82-) – 0,5 V (S2O32-))]
Račun:
27
Slika 1. Grafičko određivanje konstante pseudoprvog reda (k1) za reakciju jodidnog iona
s persulfatnim ionom, pri ionskoj jakosti, Ic = _______mol dm-3.
Računsko određivanje konstante drugog reda (k2) pri ionskoj jakosti,
Ic = _______mol dm-3.
28
Tablica 2. Prikaz ovisnosti volumena dodanog Na2S2O3 kao funkcije vremena za reakciju
jodidnog iona s persulfatnim ionom, pri ionskoj jakosti, Ic = _______mol dm-3.
t / min
V (Na2S2O3) / cm3
ln[V (S2O82-) / (V (S2O82-) – 0,5 V (S2O32-))]
Račun:
29
Slika 2. Grafičko određivanje konstante pseudoprvog reda (k1) za reakciju jodidnog iona
s persulfatnim ionom, pri ionskoj jakosti, Ic = _______mol dm-3.
Računsko određivanje konstante drugog reda (k2) pri ionskoj jakosti,
Ic = _______mol dm-3.
30
Tablica 3. Prikaz ovisnosti volumena dodanog Na2S2O3 kao funkcije vremena za reakciju
jodidnog iona s persulfatnim ionom, pri ionskoj jakosti, Ic = _______mol dm-3.
t / min
V (Na2S2O3) / cm3
ln[V (S2O82-) / (V (S2O82-) – 0,5 V (S2O32-))]
Račun:
31
Slika 3. Grafičko određivanje konstante pseudoprvog reda (k1) za reakciju jodidnog iona
s persulfatnim ionom, pri ionskoj jakosti, Ic = _______mol dm-3.
Računsko određivanje konstante drugog reda (k2) pri ionskoj jakosti,
Ic = _______mol dm-3.
32
Slika 4. Prikaz ovisnosti logaritma konstante brzine reakcije (log k2) za reakciju
jodidnog iona s persulfatnim ionom o korjenu ionske jakosti (Ic1/2).
Komentar:
33
Zaključak:
34
Vježba 7.
Datum
Ime i prezime studenta
TOPLJIVOST PLINOVA
Topljivost kisika u vodi
Zadatak vježbe: Odrediti konstantu ravnoteže otapanja kisika u vodi.
Pribor i kemikalije: reakcijska posuda (Erlenmeyer tikvica od 250 cm3 uskog grla s
gumenim čepom i dvije staklene cjevčice za upuhivanje), Erlenmeyer tikvica od 250 cm3
(široko grlo), magnetska mješalica, magnetić, pipeta od 50 cm3, 1 pipeta od 5 cm3 i 3
pipete od 1 cm3, bireta, stakleni lijevak, boca kisika, vakuum pumpa, NaOH (c = 5
mol dm-3), MnCl2 (c = 3 mol dm-3), KI (c = 1,5 mol dm-3), HCl, konc.; Na2S2O3 (c = 0,01
mol dm-3), škrob.
Opis postupka:
35
Račun za otapanje čistog kisika:
36
Račun za otapanje kisika iz zraka:
37
Zaključak:
38
Vježba 8.
Datum
Ime i prezime studenta
RAVNOTEŽA DISOCIJACIJE
Spektrofotometrijsko određivanje konstante ravnoteže
deprotoniranja metilnog crvenila
Zadatak vježbe: Odrediti konstantu ravnoteže deprotoniranja metilnog crvenila u
vodenoj otopini spektrofotometrijskom metodom.
Pribor i kemikalije: pH metar, spektrofotometar, 4 male staklene čaše od 50 cm3, 6
odmjernih tikvica od 25 cm3, 4 pipete od 10 cm3, staničevina, standardni puferi pH = 2 i
pH = 11, otopina metilnog crvenila ( = 0,1 mg dm-3), CH3COOH (c = 0,02 mol dm-3),
CH3COONa (c = 0,02 mol dm-3), CH3COONa (c = 0,04 mol dm-3).
Opis postupka:
39
Tablica 1. Prikaz izmjerenih pH vrijednosti otopina k, b, m1 i m2 metilnog crvenila,
određenih apsorbancija navedenih otopina pri valnim duljinama 425 nm i 525 nm, te
koncentracijskih konstanti ravnoteže (Kc) otopina m1 i m2 dobivenih matematičkom
obradom eksperimentalno dobivenih podataka.
otopina m1
otopina m2
otopina k
otopina b
pH
A1 ( = 425 nm)
A2 ( = 525 nm)
[R-]/[HR]
log [R-]/[HR]
log Kc
Kc / mol dm-3
otopina k (pH < 4)
otopina b (pH > 6)
otopine m1 i m2 (4 < pH < 6)
Račun:
40
Slika 1. Apsorpcijski spektri otopina metilnog crvenila (k, b, m1 i m2) snimljeni na
UV/VIS spektrofotometru.
Zaključak:
41
Vježba 9.
Datum
Ime i prezime studenta
REAKCIJSKA KALORIMETRIJA
Entalpija reakcije u Daniell-ovom članku i neutralizacije anilina
octenom i klorovodičnom kiselinom
Zadatak vježbe: Odrediti entalpiju reakcije u Daniell-ovom članku. Odrediti konstantu
disocijacije anilina pomoću entalpija neutralizacija slabom i jakom kiselinom.
Pribor i kemikalije: kalorimetar, magnetska mješalica, magnetski mješač, pipeta od
50 cm3, 2 pipete od 25 cm3, pipeta od 20 cm3, 2 pipete od 10 cm3, zaporni sat
(štoperica), Zn (u prahu), CuSO4  5H2O (c = 0,5 mol dm-3), CH3COOH (c = 1 mol dm-3),
HCl (c = 1 mol dm-3), anilin (C6H5NH2).
Opis postupka:
42
Tablica 1. Kalorimetrijsko određivanje entalpije Daniell-ovog članka.
t / min
 / C
T/K
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Slika 1. Grafičko određivanje promjene temperature (T) za reakciju u Daniell-ovom
članku.
Račun:
43
Tablica 2. Kalorimetrijsko određivanje entalpije neutralizacije anilina octenom
kiselinom (c = 1 mol dm-3).
t / min
 / C
T/K
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Slika 2. Grafičko određivanje promjene temperature (T) za reakciju neutralizacije
anilina octenom kiselinom.
Račun:
44
Tablica 3. Kalorimetrijsko određivanje entalpije neutralizacije anilina klorovodičnom
kiselinom (c = 1 mol dm-3).
t / min
 / C
T/K
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Slika 3. Grafičko određivanje promjene temperature (T) za reakciju neutralizacije
anilina klorovodičnom kiselinom.
Račun:
45
Račun za određivanje konstante disocijacije anilina:
Komentar rezultata:
46
Zaključak:
47
Vježba 10.
Datum
Ime i prezime studenta
KOLIGATIVNA SVOJSTVA
Sniženje temperature očvršćivanja
Zadatak vježbe: Odrediti molarnu masu nepoznate tvari metodom sniženja temperature
očvršćivanja (krioskopskom metodom).
Pribor i kemikalije: epruveta po Hagedornu, čep, termometar, čaša od 100 cm3, tarionik
s tučkom, mrežica, tronog, plamenik, kamfor, uzorak nepoznate tvari, parafinsko ulje
Opis postupka:
49
Račun:
Komentar rezultata:
50
Zaključak:
51

Download Report